Буровой раствор для ГНБ

Принципиальное отличие горизонтального направленного бурения (ГНБ) от других технологий бестраншейной прокладки инженерных коммуникаций заключается в использовании бурового раствора. Его применяют на всех этапах работ – при бурении пилотной скважины, расширении пробуренного канала и протяжке трубопровода. Результаты прокладки напрямую зависят от качества раствора, его пригодности для конкретных условий и квалификации рабочих.

Горизонтально-направленное бурение)

Какие функции выполняет буровой раствор

  • передает гидравлическую энергию движущегося потока забойному двигателю;
  • создает режущий эффект при выходе через сопла, тем самым помогает буру разрушать грунт;
  • удерживает частицы измельченной породы во взвешенном состоянии и выносит на поверхность;
  • смазывает и охлаждает бур, предотвращает налипание грунта на инструмент и обжим буровой колонны;
  • образует тонкую, прочную и малопроницаемую фильтрационную корку, которая укрепляет стенки скважины и устраняет риск их обрушения в несвязанных грунтах;
  • за счет уменьшения трения облегчает протяжку трубопровода в скважину.

Компоненты бурового раствора

При прокладке инженерных сетей по технологии ГНБ используют исключительно водные буровые растворы. В состав суспензии также входит бентонит, который при контакте с водой увеличивается в 15 раз, и специальные добавки. В непростых инженерно-геологических условиях, например в сильно разбухающих и налипающих глинах, могут применяться полимерные растворы, не содержащие бентонит. Все компоненты по ГОСТ 12.1.007-76 относятся к 4 классу опасности (малоопасные вещества).

Типовой состав раствора:

Компоненты Объем в %
Вода 94–98
Бентонит 2–6
Специальные добавки До 1

Бентонит представляет собой экологически чистый минерал, это природная глина вулканического происхождения. Для приготовления раствора используют модифицированные кальциевые или натриевые бентониты, которые обеспечивают повышенное качество суспензии. Немодифицированные бентониты можно применять только в тех случаях, когда ГНБ производится наиболее мощными буровыми установками класса Мега, в противном случае велик риск аварии.

Виды специальных добавок, которые вводят в раствор:

  • структурообразующие компоненты;
  • улучшатели реологических параметров;
  • понизители фильтрации;
  • стабилизаторы активных глин;
  • смазывающие добавки;
  • разжижители;
  • биоциды;
  • ингибиторы коррозии.

Воду набирают из водопровода, пресных природных водоемов, колодцев и водозаборных скважин. В отдельных случаях допустимо использование соленой морской воды с полимерными добавками. Параметры жидкости должны соответствовать нормам ГОСТ 23732-2011.

Нормативные показатели воды:

  • уровень кислотности pH – от 8 до 10 единиц;
  • уровень жесткости (содержание ионов кальция) – не более 240 мг/л;
  • содержание хлоридов – не более 1 г/л;
  • содержание хлора – не более 0.1 г/л.

Для повышения кислотности и уменьшения жесткости в раствор добавляют кальцинированную соду. Снижения кислотности и удаления ионов кальция при цементном загрязнении добиваются при помощи гидрокарбоната натрия (пищевой соды) или лимонной кислоты.

Приготовление, подача и контроль

Для расчета требуемых характеристик бурового раствора и потребности в компонентах составляют план. Выбор рецептуры кардинальным образом влияет на успешность бурения и протяжки трубопровода, расход и выносную способность.

Ключевые параметры, от которых зависит состав и свойства раствора:

  • инженерно-геологические условия по маршруту прокладки трубопровода;
  • длина и диаметр скважины;
  • тяговая сила и крутящий момент буровой установки;
  • рекомендации производителей используемых компонентов;
  • практика применения.

Приготовлением раствора занимаются перед самым началом бурения, в ходе работ его объем постоянно пополняется. В стандартный комплект оборудования входит емкость с перемешивателем, гидросмеситель с воронкой для загрузки компонентов, центробежный насос высокого давления.

Бентонит и добавки подаются через воронку в гидросмеситель, где перемешиваются с водой до однородного состояния, пока не будут достигнуты требуемые технологические показатели. Уровень кислотности, жесткости и содержания хлоридов доводится до нормативных значений путем добавления химических реагентов.

Контрольные значения характеристик раствора
Характеристика Значение
Плотность, г/см3 1.01–1.04
Условная вязкость, с Глина, суглинок 30–45
Песок, супесь 40–60
Гравий, скальный грунт 60–80 и выше
Показатель фильтрации, см3/30 мин Несвязные грунты ≤15
Связные и скальные грунты ≤35
Толщина фильтрационной корки, мм ≤2
Содержание песка, % по массе <1

Готовый раствор подается непосредственно на установку ГНБ либо поступает в закрытую буферную емкость, предназначенную для промежуточного хранения. На всех этапах работ поддерживается непрерывная циркуляция бурового раствора в объеме, достаточном для выноса измельченного грунта, чтобы свести к минимуму вероятность аварий.

В ходе мероприятий по прокладке трубопровода ведется постоянное наблюдение за текущими характеристиками раствора. Если обнаружено отклонение от расчетных значений, для возврата к заложенным в проекте показателям производится корректировка.

Очистка и регенерация

Повторное использование бурового раствора при бестраншейной прокладке коммуникаций методом ГНБ позволяет уменьшить финансовые расходы. В зависимости от компоновки оборудования удается очистить до 90% раствора. Очистка и регенерация наиболее целесообразна при бурении мощными установками класса Макси и Мега, у которых тяговая сила превышает 400 кН, в этом случае экономия довольно ощутима.

Высокая эффективность очистки достигается за счет подбора оптимальных рабочих параметров для вибросит и шламоотделителей, поддержания плотности и вязкости на предельно низком уровне, регулировки скорости бурения и объема подачи. Очищенная масса проходит проверку на соответствие контрольным значениям. При необходимости осуществляется регенерация, с этой целью в ранее использованный раствор после очистки вводится бентонит, специальные добавки либо новая порция смеси.

Утилизация отработки

Отработанный буровой раствор и шлам по окончании ГНБ вывозится за пределы строительной площадки на полигон для захоронения отходов. При получении разрешения государственных органов и местных властей допускается захоронение в земляных амбарах и на иловых полях, сброс на снегоплавильных пунктах, в очистные сооружения и канализационные коллекторы. Район вывоза должен располагаться вне водоохранных и природоохранных зон, а также вдали от инженерных сетей и объектов инфраструктуры.

Если позволяет оборудование, возможна утилизация непосредственно на строительной площадке. Отработку предварительно разделяют на сухой остаток и техническую воду, которые захоронить намного легче ввиду более мягких экологических требований. Для утилизации отработанной пульпы задействуют системы очистки и регенерации бурового раствора.